ChatScratch：面向6至12岁儿童的自主视觉编程学习AI系统

Visual Programming Learnning, Computational Thinking, Large Language Model

项目简介

本文介绍了 ChatScratch 系统，这是一个针对 6 至 12 岁儿童自主学习视觉编程的 AI 增强工具。随着计算思维（CT）在 K-12 教育阶段的广泛推广，传统的 CT 平台，如 Scratch，面临着适应年幼学习者的挑战。这些学习者往往缺乏进行有效学习所需的基本技能，如阅读写作能力和手眼协调能力。此外，现有的教学实践通常依赖于教师的直接指导和严格的课程结构，这对于资源有限的地区的学生来说是一大障碍。

为了解决孩子们在自主使用 Scratch 时遇到的创意阻塞、创作自由度受限和缺乏编程指导等问题，我们开发了 ChatScratch。该系统利用交互式故事板和视觉提示帮助孩子们在项目规划阶段克服创意阻塞，通过集成的数字绘图和先进的图像生成技术提高创作的自由度，同时采用专门为 Scratch 设计的大型语言模型来提供编程过程中的专业指导。

通过对比实验研究表明，ChatScratch 较传统 Scratch 平台在促进儿童自主编程学习方面更为有效，能够帮助儿童创作出更高质量和具有个人意义的项目。具体来说，使用 ChatScratch 的儿童在视觉元素数量、创造性支持指数和专家评分等方面都显示出了明显的提高。这些结果突显了将生成性人工智能技术与创造性活动和编程技能教育相结合的潜力，为未来在教育技术领域的应用提供了宝贵的见解。同时，研究也识别出当前系统的一些局限，并提出了未来改进和深入研究的可能方向。